close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

209163

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Кухарова Татьяна Валерьевна
ПОСТРОЕНИЕ НАБЛЮДАТЕЛЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ПСИХИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ЧЕЛОВЕКА
05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург – 2015
2
Работа
выполнена
в
Федеральном
государственном
автономном
образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский
государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова
(Ленина)» на кафедре автоматики и процессов управления, г. Санкт-Петербург.
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор ПЕРШИН Иван Митрофанович
Официальные оппоненты:
ЕФИМОВ Николай Николаевич
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Тепловые
электрические станции и теплотехника» ФГБОУ ВПО «Южно-Российский
государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова»,
г. Новочеркасск;
ИЛЬЮШИН Юрий Валерьевич
кандидат технических наук, заместитель заведующего кафедрой, доцент кафедры
системного анализа и управления ФГБОУ ВПО «Национальный минеральносырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург.
Ведущая организация:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский
университет информационных технологий, механики и оптики», г. Санкт-Петербург.
Защита состоится 14 января 2016 года в 16:00 на заседании диссертационного
совета Д.212.208.22 при ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет» по адресу:
347928, Ростовская обл., г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44, ауд. Д-406.
С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке ЮФУ по
адресу: 344103, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 21Ж, а также на библиотечном портале
ЮФУ http://hub.sfedu.ru/diss/announcements/.
Автореферат разослан «___» ноября 2015 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д.212.208.22
доктор технических наук, профессор
А.Н. Целых
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность тематики исследования.
Диагностика психических расстройств, а также выбор стратегии лечения в
наибольшей мере зависят от врача, его опыта, интуиции, особенностей и
устойчивости его личности, поскольку в процессе постановки диагноза врач нередко
использует свою личность как эталон, сопоставляя с нею личность пациента. При
этом заключения врача, по определению, не свободны от субъективизма,
инструментальные методы в психиатрии чаще всего лишь подкрепляют врачебный
опыт психиатра, не выходя на первый план, и объективные подходы пока еще не
развиты в той мере, чтобы служить основным ориентиром в постановке диагноза.
Однако оценка психического состояния по доступным измерению объективным
параметрам возможна, свидетельством чему является кожно-гальваническая реакция изменение электрических свойств организма при воздействии эмоциональных и
других внешних факторов. Исследования связи кожной электропроводности с
нейрофизиологическими и психическими факторами начались еще в конце XIX века,
и в настоящее время они ведутся в основном в связи с эндогенными психозами
(шизофрения, аффективные расстройства), а также при органических, личностных и
невротических расстройствах (постстрессовых, панических, тревожных и пр.). Пока
еще эти исследования не характеризуются системностью, позволяя только лишь
установить факт наличия зависимости между психическими процессами и кожной
электропроводностью, а созданные для оценки психического состояния человека по
параметрам кожной электропроводности приборы либо дают в качестве результата
обследования не принятые в медицине понятия и показатели, либо направлены на
выявление ранних признаков пограничных расстройств и определение личностных
психотипов. Таким образом, является актуальным системное исследование
возможностей диагностики и моделирования психического состояния человека исходя
из параметров кожной электропроводности.
В данной работе психическое состояние человека рассмотрено как объект,
испытывающий влияние множества входных воздействий, и характеризующийся
множеством функций выхода. Значения функций выхода определяют положение
психического состояния в фазовом пространстве состояний. Процесс управления
рассмотрен как переход от фазового состояния, соответствующего диапазону
психических отклонений к диапазону фазового пространства нормы. В общем случае
входное и выходное множества достаточно велики, однако результаты математической
обработки информации, полученной в результате клинических исследований,
показали возможность оценки психического состояния по небольшому числу
объективных параметров. В частности, принадлежность психического состояния
человека к диапазону нормы или патологии может быть достаточно достоверно
определена с помощью критерия, основанного на пяти измеренных параметрах
4
электропроводности. В качестве входных воздействий в работе рассмотрены
лекарственные препараты, применяемые для лечения психических расстройств.
Разумеется, лечение различных психических расстройств осуществляется разными
наборами препаратов. В качестве примера в работе исследована реакция на комплекс
из пяти препаратов, применяемых для лечения невротических расстройств.
Разработанные и приведенные в данной работе методики позволяют определить
фазовое состояние психики человека и синтезировать систему управления.
Цели работы и задачи исследования.
Целями диссертационной работы являются разработка методики и построение
наблюдателя – системы оценки психического состояния человека, основанной на
данных, полученных с помощью технических средств, а также моделирование
системы управления психическим состоянием человека.
В соответствии с поставленной целью работы определены следующие задачи
диссертации:
1. Разработка методики синтеза и построение наблюдателей психического
состояния человека, фазовыми переменными которых являются параметры,
измеренные с помощью технических средств.
2. Адаптация методики синтеза распределенных систем управления для синтеза
многомерных систем с использованием нового ортогонального базиса,
сформированного собственными векторами передаточной матрицы объекта
(собственными вектор-функциями оператора объекта).
3. Исследование реакции значимых для оценки психического состояния
человека параметров электропроводности на воздействие применяемых для лечения
психических расстройств лекарственных препаратов.
4. Моделирование системы управления психическим состоянием человека.
Объектом исследования являются параметры, связи и закономерности,
характеризующие психическое состояние человека и его динамику.
Предметом исследования являются средства обработки информации,
применение которых позволяет синтезировать для психического состояния человека
системы наблюдения и управления.
Методы исследования и использованная аппаратура.
В диссертационной работе используются методы системного анализа,
математической статистики, теории управления, элементы теории функциональных
преобразований.
Данные экспериментов получены с помощью аппаратно-программного
комплекса «АМСАТ-КОВЕРТ».
Научная новизна.
Математические модели наблюдателей, позволяющие на основе параметров
накожной электропроводности организма определить наличие у человека
психического расстройства, защищены патентом на изобретение.
5
Впервые построена модель системы управления психическим состоянием
человека.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Разработана методика синтеза и получены математические модели
наблюдателей, позволяющие осуществить оценку психического состояния человека
исходя из измеренных параметров электропроводности.
2. Показана применимость методики синтеза распределенных систем
управления для синтеза многомерных систем с использованием нового
ортогонального базиса, сформированного собственными векторами передаточной
матрицы объекта.
3. Получена матрица передаточных функций, характеризующая реакцию
психики человека на воздействие применяемых для лечения психических расстройств
лекарственных препаратов.
4. Получена модель системы управления психическим состоянием человека
путем перехода к новому ортогональному базису, основанному на разложении
решения по собственным вектор-функциям оператора объекта, исходя из
передаточной матрицы, характеризующей воздействие каждого из исследованных
лекарственных препаратов на каждый значимый для распознавания психического
состояния параметр.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью
использования математических аппаратов системного анализа, статистики, теории
управления и функциональных преобразований, согласованностью построенных
моделей с результатами экспериментальных исследований, а также наличием патента
на изобретение и широкой апробацией в открытой печати и на научно-технических
конференциях.
Значимость полученных результатов для теории и практики.
Теоретическая значимость результатов работы заключается в разработке
методик синтеза наблюдателей и регуляторов психического состояния человека.
Практическая ценность. Полученный критерий оценки психического
состояния позволяет объективно, быстро и неинвазивно осуществить экспрессдиагностику психического состояния человека, что может быть использовано на
предприятиях для определения возможности допуска работника к сложным или
опасным технологическим процессам, при массовых скрининг-осмотрах населения с
целью выявления лиц, нуждающихся в более глубоком обследовании, а также в
помощь врачу психиатру для более точной и объективной диагностики.
Синтез системы управления психическим состоянием человека способен
послужить цели улучшения качества лечения пациентов с психическими
расстройствами.
6
Реализация результатов. Результаты диссертационной работы внедрены:
1. В практику Клиники пограничных состояний ГБОУ ВПО «Ставропольский
государственный медицинский университет» Минздрава РФ при установке
медицинского диагноза.
2. В учебный процесс Северо-Кавказского федерального университета при
преподавании дисциплин «Моделирование систем управления» и «Методы и
алгоритмы обработки сигналов и изображений» на кафедре управления в технических
и биомедицинских системах.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались
на 7-й Всероссийской научной конференции «Системный синтез и прикладная
синергетика» (Таганрог, 2015), XIII Всероссийской научно-технической конференции
«Медицинские информационные системы МИС-2014» (Таганрог, 2014), VII научном
рабочем семинаре-совещании «Информационные системы в фундаментальной науке.
Большие данные» (Нижний Архыз, 2014), V Международной научной конференции
«Системный синтез и прикладная синергетика» (Пятигорск, 2013), конференции
«Информационные
технологии
в
управлении»
(Санкт-Петербург,
2012),
Всероссийской научной конференции «Вузовская наука Северо-Кавказскому
федеральному округу» (Пятигорск, 2013), XII Всероссийской научно-технической
конференции «Медицинские информационные системы МИС-2012» (Таганрог, 2012),
Международной молодежной научной конференции «Математическая физика и ее
приложения» (Пятигорск, 2012), 2-й ежегодной научно-практической конференции
преподавателей, студентов и молодых ученых СКФУ «Университетская наука –
региону» (Ставрополь, 2014), XII Межвузовской студенческой научно-практической
конференции «Окно в науку» (Пятигорск, 2011), Всероссийской научной школе для
молодежи «Фундаментальные, клинические и гигиенические основы и аппаратнометодическое обеспечение системы медико-психологической реабилитации
пациентов,
подверженных
высокому
уровню
напряженности
труда
и
профессионального стресса» (Таганрог, 2011).
Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации
опубликованы в 25 статьях и докладах, из них – 8 публикаций в ведущих
рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК. Доклады
представлены и получили одобрение на 11 научно-практических конференциях
международного, всероссийского и межвузовского уровня. Практически значимые
результаты диссертационного исследования защищены патентом на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав с
выводами, заключения, списка литературы, где 87 отечественных и 32 иностранных
автора, и 6 приложений. Основная часть диссертации изложена на 161 странице
машинописного текста, включает 84 рисунка и 12 таблиц, общий объем приложений –
14 страниц.
7
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационного
исследования, сформулированы цели и задачи работы, ее научная новизна и
практическая значимость, представлены положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассмотрены методы врачебной диагностики психических
расстройств, инструментальные средства, применяемые в психиатрии.
Приведен обзор исследований особенностей и роли электропроводности в
биологических системах и применительно к проблемам нейрофизиологии и
психиатрии.
Рассмотрены физические основы электропроводности биологических систем,
способы измерения электрических свойств биологических систем.
Приведены основные характеристики технических средств получения данных
эксперимента – аппаратно-программного комплекса «АМСАТ-КОВЕРТ».
«АМСАТ-КОВЕРТ» автоматически проводит последовательное сканирование
тела человека импульсами отрицательной и положительной полярности по 22
отведениям с использованием трех пар электродов: ручных и ножных и лобных.
Схема отведений АПК «АМСАТ-КОВЕРТ» представлена на рисунке 1.
Напряжение воздействующего на пациента в процессе диагностики электрического
тест-сигнала не превышает 1,5 В, сила тока не превышает 50 мкА, частота следования
импульсов 10 Гц.
Рисунок 1. Схема отведений АПК «АМСАТ-Коверт»
8
АМСАТ позволяет измерять от каждого отведения следующие параметры:
int - показатель проводимости, в условных единицах «шкалы Фолля» - от 0 до
100 единиц;
pik - емкостная составляющая проводимости («падение стрелки» в
терминологии Р. Фолля), в условных единицах;
БФО - базовый фактор отклонения - показатель, рассчитываемый обработкой
по заложенному в АПК «АМСАТ-КОВЕРТ» математическому алгоритму первичных
данных отведений, в процентах отклонения от условной нормы - от -100 до +100;
БКС - базовый коллоидный сдвиг - показатель, рассчитываемый по
заложенному в АПК «АМСАТ-КОВЕРТ» математическому алгоритму и
характеризующий коллоидное состояние агрегации в организме при влиянии
динамических факторов электрических процессов, в условных единицах.
Во второй главе приведено описание эксперимента по измерению с помощью
АПК «АМСАТ-КОВЕРТ» параметров электропроводности здоровых людей и
пациентов с различными психическими расстройствами. Перечислены аппаратные и
программные средства, использованные для анализа экспериментальных данных.
Описана методика и осуществлен синтез наблюдателя психического состояния
человека.
Найдены статистические характеристики каждого ряда, образованного
показаниями каждого параметра по каждому отведению (всего 88 показателей) для
каждой из групп исследования. Получены следующие статистические показатели:
максимальное и минимальное значение, вариационный размах, медиана, среднее,
стандарт, асимметрия, эксцесс, коэффициент вариации, показатель точности опыта,
достоверность последних семи характеристик, проверены возможные отклонения от
нормального распределения по Джири.
С целью выявления показателей с наибольшей неоднородностью выполнен
дисперсионный анализ, проведены попарные сопоставления рядов по основным
статистическим характеристикам.
Для определения однородности выборок были применены медианный
критерий, рангово-дисперсионный критерий, дисперсионный критерий Бартлета,
дисперсионный критерий Фишера, рангово-дисперсионные критерии упорядочения.
Определялось и наличие или отсутствие отличия положения средней каждого из
рядов относительно средней для всей совокупности.
Попарные сравнения выборок опирались на применение критериев Данна,
Дункана, критерия "лямбда", критерия "омега", медианного критерия, серийного
критерия Вальда-Вольфовица, рангового критерия Вилкоксона, критерия Фишера и
критерия Стьюдента.
В дальнейшем для проведения дискриминантного анализа отобраны
показатели, неоднородность данных по которым проявилась в наибольшей мере.
9
По отобранным параметрам проведен дискриминантный анализ, в том числе и
раздельно для мужчин и женщин. Получены канонические и стандартизованные
коэффициенты дискриминантных функций, полные и групповые структурные
коэффициенты дискриминации, найдены оценки дискриминантных функций,
центроиды каждого класса каждой функции, простые классифицирующие функции и
оценены характеристики качества распознавания при применении как канонических
коэффициентов дискриминантных функций, так и простых классифицирующих
функций. Выявлено также, что включение возраста обследованного в число
учитываемых параметров значительно повышает качество распознавания.
Приведены полученные математические модели наблюдателей, позволяющие
определить наличие у человека психического расстройства, а также генез,
нозологическую группу и форму расстройства в случае его наличия.
Для определения принадлежности человека к диапазону нормы или патологии
синтезирован критерий, отвечающий требованиям анализа по пяти параметрам
электропроводности с учетом информации о поле и возрасте пациента:
у патологии  12,4780435 8  p + 0,50324006 7  v + 0,64146150 1  Int11 + 0,28778195 6  Int18 - 0,08573403 2  БФО16 + 0,12619879 3  БКС7 + 0,26273629  БКС18 - 58,9267026 3;
у нормы  10,6834277 4  p + 0,40264356 9  v + 0,63245944 3  Int11 + 0,30641833 7  Int18 - 0,08439126 7  БФО16 + 0,08118738 3  БКС7 + 0,26826713  БКС18 - 54,7759465 1.
Параметр v в классифицирующих функциях обозначает возраст
обследованного человека. Параметр p кодирует пол обследованного: p=1 для
женщин, p=2 для мужчин.
В третьей главе исследована возможность синтеза системы управления
многомерным объектом с помощью частотной методики синтеза распределенных
систем управления.
Рассмотрен объект, описываемый дифференциальным уравнением в частных
производных.
 Y
Y
 n1Y Y  n2 Y Y  n3 Y 
 L Y ; ;... n ; ;... n ; ;... n ,
 x

x 1 y y 2 z z 3 

(1)
где Y ( x, y, z, ) - переменные состояния; τ - время; x, y, z - пространственные
координаты; n1, n2, n3 – порядки дифференцирования по соответствующим
координатам; L - линейный оператор.
Граничные условия для системы уравнений (1) зададим в виде:
~
Lг,i Y x, y, z,   0, x, y, z  1,i , i  1, n ,
~
~
Lг, j Y j  x, y, z *j , ,U j x, y,   0, x, y  Г 2, j , j  1, m ,








10
~
~
~


где Lг,i , Lг, j , i  1, n; j  1, m - линейные операторы;


Г1,i, Г2,j i  1, n; j  1, m - граничные области рассматриваемого объекта;
n, m – количества поверхностей с заданными граничными условиями;
z *j , ( j  1, m) - значения координаты z, при которых значения переменных
*
состояния Y  x, y, z ,  являются функциями выхода;




U j x, y, , j  1, m - входные воздействия.
Путем разложения входного воздействия в ряд Фурье и подстановкой в
описывающее объект уравнение получены передаточные функции объекта по каждой
из гармонических составляющих (по каждой моде) входного воздействия.
Затем построена дискретная модель объекта, описываемая матрицей
передаточных функций, характеризующей влияние входного воздействия в каждой из
точек дискретизации на формирование функции выхода в каждой из точек
дискретизации. Такое описание распределенного объекта аналогично описанию
многомерного сосредоточенного объекта. С помощью частотного анализа данной
модели осуществлен переход к матрице передаточных функций, характеризующих
влияние каждой из входных пространственных мод на каждую моду выхода.
Частотные характеристики объекта управления (1) по пространственным модам
близки к частотным характеристикам дискретной модели объекта по выбранным
модам. Из этого следует, что если дискретные аналоги определенных
пространственных мод являются собственными векторами передаточной матрицы
многомерного объекта, то данный объект может быть описан дифференциальным
уравнением в частных производных и является условно пространственноинвариантным в соответствующем ортогональном базисе.
Таким образом, для синтеза системы управления объектом, описываемого
матрицей передаточных функций:


W ( s )  K i, j  wi, j (s ) , (i, j  1, n) ,
где K i, j  wi, j ( s ) - передаточная функция по i-му выходу для j-го входа,
необходимо проверить, является ли объект условно пространственноинвариантным, т.е. являются ли дискретные аналоги пространственных мод
собственными векторами передаточной матрицы данного объекта.
Умножим матрицу коэффициентов усиления объекта K  K ij (или матрицу,
 
полученную из матрицы K путем перестановки ее строк и/или столбцов) поочередно
на матрицы




  sin( j, ) и   cos( j , ) ,
11
где  j , 
   j
, или     (  0,5)  j /(n  1) , ( , j  1, n) .
n 1
Если хотя бы одна из полученных матриц является диагонально-доминантной,
то данный объект может быть рассмотрен как условно пространственноинвариантный в соответствующем ортогональном базисе и система управления
данным объектом может быть синтезирована с помощью методик, разработанных для
распределенных систем управления с учетом спектров Гершгорина матрицы
передаточных функций по пространственным модам.
В четвертой главе показаны результаты синтеза системы управления
психическим состоянием человека.
Описан эксперимент по измерению динамики параметров электропроводности
организма человека при изменении дозы каждого из пяти лекарственных препаратов:
трифтазина, актовегина, эглонила, реланиума и мексидола. Блок-схема объекта
управления представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Блок-схема объекта управления. Q - вектор входных воздействий;
Y - вектор функций выхода
Идентифицирована передаточная матрица, характеризующая динамику
психического состояния человека при воздействии лекарственных препаратов.
Если представить элементы передаточной матрицы объекта в виде K ij  wij , где
K ij - коэффициент усиления по i-му выходу для j-го входа;
wij 
1
 e  s ,
T  s 1
то передаточная матрица объекта управления примет вид:
12
348,710  w12
 400,896  w11

 411,437  w21 489,197  w22
W  158,630  w31
428,371 w32

 - 193,363 w41 - 285,466  w42

 - 672,538 w51 - 58,579  w52
312,077  w13
83,981 w14
- 423,706  w15 

313,114  w23 - 265,766  w24 121,651 w25 
0,038  w33
281,146  w34 308,448 w35 

139,795 w43 363,226  w44 241,920  w45 

178,675 w53 195,610  w54 25,402  w55 
(2)
Поскольку передаточная матрица (2) объекта управления не является
диагонально-доминантной, то перейдем к новому ортогональному базису
(разложения решения по собственным вектор-функциям оператора объекта), и
исследуем свойство диагональной доминантности рассматриваемого объекта в новом
ортогональном базисе.
Подадим на вход модели объекта поочередно пять пространственных мод. На
основании результатов предварительного исследования выберем функцию синус. При
этом разложение функций входных воздействий будем осуществлять на отрезке [0;L].
Величина воздействия j-й моды на i-й вход будет определяться по формуле:
 i  
Qij  sin 
 Li
j
 ,

где i - номер входа объекта, (i  1,5) ;
j - номер моды ( j  1,5) ;
L = 6 - параметр, используемый при переходе к другому ортогональному базису.
Реакцию объекта на заданное входное воздействие разложим в ряд Фурье по
пяти пространственным модам:
5
Yk (t ) 
 k   j 
,
L 
 b j (t )  sin 
j 1
где k - номер выхода,
b j (t ) 
2 5
 k  
Yk (t )  sin 

L k 1
 L
j
 - коэффициент усиления амплитуды колебаний по

j-й пространственной моде в момент времени t.
Представим элементы передаточной матрицы объекта по пространственным
~ ~
~
модам в виде K ij  w
ij , где K ij - коэффициент усиления j-й моды выхода для i-й
входной моды;
~
1
~ 
w
 e  s .
ij
~
T  s 1
13
Таким образом, матрица передаточных функций объекта по пространственным
модам примет вид:
~
 340,429  w
ij

~
 4,624  wij
~ 
~
W   - 0,303  w
ij
 - 65,963  w
~
ij

~
 - 21,910  w
ij

~
179,461  w
ij
~
521,258  w
~
-33,144  w
ij
~
20,177  w
~
115,779  w
ij
~
40,628  w
~ 25,939  w
~
-271,290  w
ij
ij
~
~
59,633  wij
210,270  wij
~
~
7,211  w
-14,421 w
ij
ij
~
69,131  w
ij
ij
ij
~
23,076  w
ij
~
-10,908  w
ij
ij
~ 
50,437  w
ij

~
14,430  wij 
~ 
-37,466  w
ij 
~
-3,023  wij 
~ 
-161,311 w
ij 
(3)
Передаточная матрица (3), в отличие от матрицы (2), близка к диагональнодоминантной и позволяет синтезировать регулятор методами, применяемыми для
синтеза распределенных систем управления.
Аппроксимируем график изменения во времени коэффициента b1 при подаче
на вход объекта первой пространственной моды и график изменения во времени
коэффициента b4 при подаче на вход объекта четвертой пространственной моды как
апериодические звенья с чистым запаздыванием. Вычислим обобщенные координаты
по данным модам. Полученные параметры приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Значения коэффициентов передаточных функций по 1-й и 4-й
пространственным модам и обобщенных координат по этим модам
~
~
№ моды
№ моды
G
~
K
T
входа
выхода
1
1
340,429
5100
10
0,274
4
4
210,270
4700
10
4,39
Для синтеза системы управления выберем распределенный высокоточный
регулятор:
n 1 1 2 
n 1 1 2  1
n 1 1 2
W ( x, s )  E1  1
    E4  4

   E2  2

 s .
n1
n4
n2
 n1

 n4
s
 n2

Используя обобщенную координату, запишем передаточную функцию РВР
следующим образом:
n 1 1 
n 1 1  1
n 1 1 
W (G, s )  E1  1
 G  E4  4

G   E2  2

G .
n1 
n4  s
n2 
 n1
 n4
 n2
На основе вычисленных коэффициентов передаточных функций по
пространственным модам найдем коэффициенты усилительного, дифференциального
и интегрального звеньев регулятора:
Е1 = 0,08; n1 = 2; Е2 = 5,5; n2   ; Е4 = 0,000001; n4   .
14
Замкнем систему. Подадим на вход объекта следующую функцию:
 n 1 1 2 
n 1 1 2 
n 1 1 2  1 
U (G , s, t )   E1  1
    E2  2

  s  E4  4

  Y (t ) .
n
n
n
n
n
n

1
1


2
2


4
4
 s

Запишем
последнее
n 1
1
n4    4
 1;
0;
n4
n4
соотношение
в
дискретном
n 1
1
n2    2
 1;
 0.
n2
n2
виде,
учитывая,
что
Шаг дискретизации по
пространственной координате примем ∆x = 1.
t
n 1
E
1
n  1 Yti  Yti 1
U ti  E1 1 Yti  1 Yti 1  2Yti  Yti 1 
 E2 2

 E4  Yti t.
n1
n1
n2
t
x 2
i 1
Подставив вычисленные коэффициенты передаточной функции регулятора,
получим:
Uti  0,04Yti  0,04Yti 1  2Yti  Yti 1   5,5
t
Yti  Yti 1
 0,000001 Yti t.
t
i 1
Используя последнее уравнение, реализована модель замкнутой системы на
языке программирования Pascal. Зададим желаемые значения функций выхода: 10 для
1, 2, 3 выходов (т.к. среднее арифметическое значение данных параметров в норме
больше, чем среднее при патологии), -10 для 4 и 5 выходов (т.к. среднее значение
данных параметров в норме меньше, чем при патологии). На рисунке 3 приведены
полученные графики переходных процессов.
Рисунок 3. Отклонения функций выхода от установившихся значений,
в нормированных единицах
В заключении сформулированы основные теоретические и практические
результаты выполненных в диссертационной работе исследований.
15
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
- Разработана методика синтеза и получены математические модели
наблюдателей, позволяющие осуществить оценку психического состояния человека
исходя из измеренных параметров электропроводности.
- Показана применимость методики синтеза распределенных систем
управления для синтеза многомерных систем с использованием нового
ортогонального базиса, сформированного собственными векторами передаточной
матрицы объекта.
- Получена матрица передаточных функций, характеризующая реакцию
психики человека на воздействие применяемых для лечения психических расстройств
лекарственных препаратов.
- Осуществлен переход от передаточной матрицы, характеризующей
воздействие каждого из исследованных лекарственных препаратов на каждый
значимый для распознавания психического состояния параметр, к новому
ортогональному базису, основанному на разложении решения по собственным
вектор-функциям оператора объекта.
- Построена модель системы управления психическим состоянием человека.
Полученный наблюдатель психического состояния позволяет объективно,
быстро и неинвазивно осуществить экспресс-диагностику психического состояния
человека, что может быть использовано на предприятиях для определения
возможности допуска работника к сложным или опасным технологическим
процессам, при массовых скрининг-осмотрах населения с целью выявления лиц,
нуждающихся в более глубоком обследовании, а также в помощь врачу психиатру
для более точной и объективной диагностики.
Адаптированная методика синтеза системы управления и полученная модель
регулятора направлены на повышение качества лечения пациентов с психическими
расстройствами.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в журналах, входящих в перечень ВАК
1. Ягода С.А. Дифференциация экзогенных, эндогенных и психогенных психических
расстройств на основе электродермальной активности / С.А.Ягода, С.В.Золотарев,
О.И.Боев, В.В.Иванченко, К.И.Бакуменко, А.Н.Адоньева, Т.В.Кухарова //
Психическое здоровье. – 2011. – № 10. – С. 77-80.
2. Кухарова Т.В. Построение наблюдателя психического состояния человека /
Т.В. Кухарова, О.И. Боев // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2012. – № 9. – С.
25-30.
3. Кухарова Т.В. Управление «фазовым» состоянием человеческого организма /
Т.В. Кухарова // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2012. – № 9. – С. 31-33.
16
4. Кухарова
Т.В.
Обеспечение
технологической
безопасности
сложных
производственных процессов / Т.В. Кухарова // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер.
«Информатика, управление и компьютерные технологии». – 2013. – №1. – С. 18-23.
5. Боев
О.И.
Диагностика
психических
заболеваний
по
результатам
электрофизиологического обследования [Электронный ресурс] / О.И. Боев, К.И.
Бакуменко, В.А. Уткин, С.А. Ягода, В.В. Иванченко, Т.В. Кухарова // Инженерный
вестник Дона. – 2011. – № 4. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/
archive/n4y2011/530.
6. Боев И.В. О возможности применения методов теории управления в решении задач
восстановительной медицины / И.В. Боев, И.М. Першин, В.А. Уткин, Т.В.
Кухарова, Г.Ф. Ковалев, Е.Н. Чалая // Курортная медицина. – 2014. – № 3. – С. 76-84.
7. Кухарова Т.В. Система оценки психического состояния человека и моделирование
процесса лечения / Т.В. Кухарова // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. №10. – С. 15-24.
8. Уткин В.А. Реакция метаболизма на курортное лечение у больных с хронической
ишемией мозга / В.А. Уткин, В.Ю. Амиянц, И.В. Боев, Т.В. Кухарова, Г.Ф. Ковалев
// Курортная медицина. – 2014. – № 4. – С 21-27.
Прочие публикации
9. Боев И.В. Исследование возможностей инструментальной диагностики генеза
психических расстройств / И.В. Боев, С.В. Золотарев, О.И. Боев, Т.В. Кухарова,
К.И. Бакуменко, В.А. Уткин, С.А. Ягода, В.В. Иванченко // Сборник научных
работ Российской конференции «Актуальные вопросы психоневрологии». –
Ставрополь, Изд-во Ст.ГМА, 2011. – С. 117-124.
10. Боев И.В. Дифференциальная диагностика эндогенных психических расстройств у
женщин на основе параметров электропроводности, полученных при измерении
накожными электродами / И.В.Боев, К.И.Бакуменко, Т.В.Кухарова, С.В.Золотарев,
О.И.Боев, В.А.Уткин, С.А.Ягода, В.В.Иванченко // Сборник научных работ
Российской конференции «Актуальные вопросы психоневрологии». – Ставрополь,
Изд-во Ст.ГМА, 2011. – С. 124-128.
11. Yagoda S. Induced skin electroconductance as a possible neuropsychiatric biomarker /
S. Yagoda, T. Kukharova // Abstract book. - International conference «2nd Young
Psychiatrists’ Network Meeting». – Riga, Latvia, 2011. – P. 68-69.
12. Кухарова Т.В. Системный анализ результатов электрических измерений на коже /
Т.В. Кухарова // Сборник научных трудов XII региональной научно-практической
конференции «Дни науки». - Пятигорск, 2011. – Ч. IV – С. 50-53.
13. Кухарова Т.В. Разработка программного обеспечения для диагностики генеза
психических расстройств / Т.В.Кухарова // Сборник научных трудов XII
межвузовской студенческой научно-практической конференции «Окно в науку». Пятигорск, 2011. – Ч. IV – С. 43-46.
17
14. Боев О.И. Диагностика психогений на основе показателей накожной
электропроводности / О.И.Боев, В.А.Уткин, С.А.Ягода, Т.В.Кухарова,
Н.В.Чигрина // Тезисы трудов всероссийской научной школы для молодежи
«Фундаментальные, клинические и гигиенические основы и аппаратнометодическое обеспечение системы медико-психологической реабилитации
пациентов, подверженных высокому уровню напряженности труда и
профессионального стресса». – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2011. – С. 20-23.
15. Боев О.И. Возможности идентификации психических заболеваний по результатам
инструментального обследования / О.И.Боев, К.И.Бакуменко, В.А.Уткин,
С.А.Ягода, В.В.Иванченко, Т.В.Кухарова // Тезисы трудов второй всероссийской
научной школы «Нейробиология и новые подходы к искусственному интеллекту и
к науке о мозге». - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2011. – С. 32-35.
16. Уткин В.А. Нуклеоагломерации в кластерном анализе / В.А. Уткин, Т.В. Кухарова
// Материалы всероссийской научно-практической конференции «Актуальные
проблемы развития профессионального образования в современных социальноэкономических условиях». – Кисловодск: Изд-во «Тьютор», 2011. – С. 109-112.
17. Кухарова Т.В. Математическая модель распознавания психического состояния
человека / Т.В. Кухарова // Материалы Международной молодежной научной
конференции «Математическая физика и ее приложения». – Пятигорск, 2012. – Т3.
– С. 135-140.
18. Кухарова Т.В. Разработка системы диагностики психического состояния человека
/ Т.В. Кухарова // Материалы конференции «Информационные технологии в
управлении». - СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ Электроприбор», 2012. – С. 612-618.
19. Кухарова Т.В. Исследование реакции психического состояния человека на
воздействие комплекса лекарственных препаратов / Т.В. Кухарова, И.В. Боев //
Материалы всероссийской научной конференции «Вузовская наука СевероКавказскому федеральному округу». – Пятигорск: филиал ФГАОУ ВПО «СКФУ»
в г. Пятигорске, 2013. – Т2 (ч.I). – С. 198-203.
20. Кухарова Т.В. Синтез системы управления психическим состоянием человека /
Т.В. Кухарова // Материалы V Международной научной конференции «Системный
синтез и прикладная синергетика». – Пятигорск: филиал ФГАОУ ВПО «СКФУ» в
г. Пятигорске, 2013. – Т.III – C. 211-218.
21. Кухарова Т.В. Методика синтеза систем оценки и нормализации психического
состояния человека / Т.В. Кухарова // Материалы молодежной школы-семинара
имени А.А.Вавилова, 28 октября 2014 года. – СПб. – С. 98-106.
22. Кухарова Т.В. Система поддержки принятия решений врача-психотерапевта при
лечении психических расстройств / Т.В. Кухарова // Материалы международной
научно-практической конференции «Стратегия развития индустрии сервиса,
туризма и дизайна: новые вызовы и практика инноваций». - Пятигорск:
Издательство ПФ СКФУ, 2015. – Т4. – С. 74-79.
18
23. Кухарова Т.В. Прогнозирование динамики психического состояния человека при
медикаментозном лечении на основе параметров кожной электропроводности /
Т.В. Кухарова // Сборник научных трудов «Неделя науки - 2015». – Пятигорск:
Издательство ПФ СКФУ, 2015. –Т1. – С. 106-112.
24. Уткин В.А. Методика моделирования динамики психического состояния человека
при воздействии лекарственных препаратов / В.А. Уткин, И.М. Першин,
Т.В. Кухарова // Современная наука и инновации, 2015. – № 1 (9). – С. 25-31.
25. Першин И.М. Описание многомерных объектов дифференциальным уравнением в
частных производных / И.М. Першин, Т.В. Кухарова // Сборник трудов 7-й
Всероссийской научной конференции «Системный синтез и прикладная
синергетика» (ССПС-2015). Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2015. – С. 150-158.
Патент на изобретение
26. Пат. 2455930 Российская Федерация, МПК А61 В5/053. Способ
дифференциальной диагностики психических расстройств эндогенного,
экзогенного и психогенного происхождения на основе регистрации
электродермальной активности / Боев И.В., Золотарев С.В., Боев О.И., Ягода С.А.,
Кухарова Т.В., Общество с ограниченной ответственностью «Клиника
пограничных состояний». – № 2455930; опубл. 20.07.2012. – Бюлл. № 20. – 22 с.
Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве
[1, 2, 10, 14, 26] - построение классифицирующих функций для диагностики
психического состояния человека; [6, 8] – разработка методики построения системы
нормализации физиологических параметров организма, [9, 11] - статистическая
обработка данных эксперимента; [5, 15] – отбор значимых для распознавания
параметров и построение номограмм; [16] – исследование методик кластеризации и
дискриминантного анализа; [19, 24] – получение передаточной функции,
характеризующей реакцию психического состояния человека на воздействие
комплекса лекарственных препаратов; [25] – частотный анализ дискретной и
непрерывной моделей объекта.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
527 Кб
Теги
209163
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа